מרקורי הוא הכוכב הפחות נחקר מבין ארבעת כוכבי הלכת הסלעיים במערכת השמש הפנימית. זה היה רק ב-2011נאס"אחללית ה-MESSENGER של MESSENGER הייתה הראשונה להקיף את כוכב הלכת. לעומת זאת,יוּפִּיטֶר, שרחוקה בערך פי חמישה מכדור הארץ, היה המסלול הראשון שלו בשנות ה-90. התבוננות במרקורי מכדור הארץ היא גם מאתגרת ביותר בשל קרבתו לשמש. מאמר זה בוחן שלושה מכשולים עיקריים שהופכים את לימוד מרקורי לקשה כל כך.
1. קשה לצפייה
מתוך חמשת כוכבי הלכת הידועים עוד מימי קדם כ'כוכבים נודדים', מרקורי הוא זה שהכי פחות נחקר. שׁוֹנֶהוֵנוּס,מַאְדִים, יופיטר ושַׁבְתַאִי, ידוע לשמצה שקשה לצפות במרקורי מכדור הארץ. בהיותו כוכב הלכת הפנימי ביותר של מערכת השמש, הוא תמיד נראה קרוב מדי לשמש. בזמן שזמן הזהב לתצפיות אסטרונומיות הוא בלילה, מרקורי שוקע ועולה בשמים כמעט יחד עם השמש. זה אומר שאפשר להבחין בו רק זמן קצר לפני הזריחה ומיד אחרי השקיעה, ותמיד מופיע קרוב לאופק.
למרות שניתן לצפות בכוכב הלכת עם טלסקופים במהלך היום, אסטרונומים צריכים לנקוט באמצעי זהירות נוספים שכן אור השמש העז והקרבה המתמדת של השמש עלולים לפגוע באופטיקה. טלסקופים גדולים יותר אינם מורשים כלל להסתכל לכיוון השמש בגלל הנזק שהם עלולים לסבול.
מעניין לציין שאחד ממצפה הכוכבים האסטרונומי החזקים ביותר עד כה, נאס"א/ESA האגדיתטלסקופ החלל האבל, מעולם לא דילם את מרקורי. בהקיף את כדור הארץ בגובה של כ-550 ק"מ (340 מיילים), האבל צפה בכמה עצמים שמימיים מרוחקים מאוד, כגון, במרחק של כ-14 מיליארד שנות אור. עם זאת, הוא מעולם לא הסתכל על מרקורי מתוך דאגה לפגיעה באופטיקה הרגישה שלו.
במסעה בן שבע השנים למרקורי, המשימה האירופית-יפנית BepiColombo מנצלת את כוח המשיכה של כדור הארץ, נוגה ומרקורי כדי להתאים את מסלולו ולהגיע למסלולו האחרון. החללית, שהושקה בשנת 2018, מבצעת בסך הכל תשעה תמרוני עזר לעקיפה בכוח הכבידה (מתוארים באנימציה זו), לפני שהיא נכנסת למסלול סביב כוכב הלכת הפנימי ביותר של מערכת השמש בדצמבר 2025. קרדיט: ESA –סוכנות החלל האירופית, CC BY-SA 3.0 IGO
2. קשה להגיע
למרות שה-Mariner 10 של נאס"א חלף על פני מרקורי שלוש פעמים בתחילת שנות ה-70 בזמן שהקיף את השמש, זה לקח עד 2011 למשימה הראשונה אי פעם,, להיכנס למסלול ישירות סביב מרקורי.
לשם השוואה, מאדים קיבל את המסלול הראשון שלו ב-1971 ונוגה ב-1975. צדק, במרחק של קרוב ל-630 מיליון ק"מ (390 מיליון מייל) מכדור הארץ בהשוואה לממוצע של מרקורי 77 מיליון ק"מ (48 מיליון מייל), קיבל את פניו הראשון בברכה 1995. אפילו שבתאי הרחוק יותר קדם למרקורי עם הקאסיניmission, פרויקט משותף של נאס"א, ESA וסוכנות החלל האיטלקית, במשך שבע שנים.
מדוע מרקורי נחקר כל כך מעט? לאחר שלושת הטיסה הקצרה של Mariner 10 ב-1973 וב-1974, שום דבר לא קרה בחקירת כוכב הלכת הפנימי ביותר של מערכת השמש במשך כמעט ארבעה עשורים. באופן מפתיע, למרות היותו הרבה יותר קרוב לכדור הארץ מאשר צדק ושבתאי, למעשה קשה יותר להגיע למרקורי. על פי כמה הערכות, יידרש פחות אנרגיה כדי להגיע לכוכב הלכת הננסיפלוטוממה שנדרש כדי להגיע למרקורי. הסיבה לכך היא קרבתו של מרקורי לשמש. חללית שמטרתה לא רק לטוס על פני מרקורי בעודה במסלול סביב השמש אלא להיכנס ישירות למסלול סביב כוכב הלכת, צריכה לבלום כל הזמן נגד כוח הכבידה של הכוכב.
"ישנן שתי דרכים כיצד לבצע את הבלימה הזו", אומר יוהנס בנקהוף, מדען הפרויקט של ESA למשימת BepiColombo. "או שאתה צריך חללית ענקית הנושאת הרבה דלק, או שאתה יכול להשתמש בכוח המשיכה של כוכבי לכת אחרים כדי להאט אותך לאורך הדרך. כדי להגיע למרקורי, אתה צריך לבצע מספר טיסה פלנטרית כזו ולכן המסע לוקח הרבה זמן."
לוקח פחות משנתיים ל-Solar Orbiter של חוקר השמש של ESA להגיע למסלול המטרה שלו סביב השמש, שקרובה אפילו יותר לכוכב האם שלנו מאשר מרקורי. BepiColombo, באופן מפתיע, זקוקה לשבע שנים כדי להציב את עצמה בעמדה הנכונה כדי למקם את שני המסלולים שלה, ESA שלכוכב הלכת מרקורי(MPO) והמסלול מגנטוספירי מרקורישל סוכנות חקר החלל היפנית (), לתוך המסלולים הנכונים סביב מרקורי. כדי להגיע לשם, על החללית לבצע בסך הכל תשעה תמרוני סיוע בכוח הכבידה, או מעברי טיסה, שיעזרו לה לבלום ולהתאים את מסלולה.
בין החלוצים שחקרו את השימוש בטיסה פלנטרית לתיקון מסלולים של משימות חלל היה מהנדס איטלקיג'וזפה (בפי) קולומבו. זה היה בפי קולומבו שהציע לייעל את הנתיב של Mariner 10 על ידי ביצוע טיסה בנוגה כדי להגיע בסופו של דבר לשלושה נסיעות שבי של מרקורי במקום המתוכנן במקור. את שמו נושאת משימת מרקורי האירופי-יפנית הנוכחית BepiColombo.
"אנחנו משיגים את רוב האנרגיה להגיע למרקורי מהמעברים", אומר יוהנס. "אנחנו משתמשים בדלק שלנו בעיקר כדי לבצע את המעבר הנכון, כדי להביא את החללית למצב הנכון כשאנחנו טסים על פני כוכב לכת כדי להוציא ממנו אנרגיה מקסימלית כדי לבלום וללכת בכיוון הנכון לשמש."
3. חם מדי בשביל להקיף מקרוב
ה-Mariner 10 הקרוב ביותר אל פני השטח של מרקורי במהלך אחד משלושת המפגשים הקצרים שלו היה 327 ק"מ (203 מיילים). החללית MESSENGER הקיפה את מרקורי בין 2011 ל-2015 במסלול אליפטי שהשתנה במקצת עם השנים. הנקודה הקרובה ביותר של המסלול הגיעה לכ-200 ק"מ (124 מייל) מפני השטח של מרקורי בעוד שהנקודה הרחוקה ביותר זזה מ-15,200 הק"מ הראשוניים (9445 מיילים) לכ-9,000 ק"מ (5,600 מייל) לקראת סוף משימתה.
המסלול הכוכבי מרקורי (MPO) של ESA, אחד משני המסלולים המרכיבים את משימת BepiColombo, יעקוב אחרי מסלול הדוק הרבה יותר סביב מרקורי כשהנקודה הקרובה ביותר נמצאת במרחק הראשוני של 480 ק"מ (298 מייל) מהשטח והרחוק ביותר הוא רק 1500 ק"מ (932 מיילים). עם הזמן המסלול של BepiColombo ישתנה והנקודה הקרובה ביותר לפני השטח תרד לכ-200 ק"מ (124 מייל) לפני שהיא תעלה שוב.
למרות ששניהם, מרינר 10 ומסנג'ר, אולי התקרבו לזמן קצר, הם מעולם לא נשארו בחום הלוהט ליד מרקורי ברציפות. כתוצאה מכך, אף אחת מהמשימות לא השיגה נתונים ברזולוציה גבוהה על פני כל פני כדור הארץ, משהו ש-BepiColombo אמור לתקן.
התוכניות השאפתניות שיש למדענים אירופאים עבור BepiColombo מתחו את צוותי ההנדסה של ESA ומשתפי הפעולה שלה עד לגבולותיהם.
דניאלה סטרמצ'יוני, מהנדסת המערכת של BepiColombo של ESA, השווה את המצב שבו תתמודד BepiColombo לתקיעה של מחשב נייד עובד בתוך תנור פיצה לוהט.
"BepiColombo היא משימה שאין כמותה", הוא אומר. "כ-80% מהציוד שלה היה צריך להיות מפותח מאפס. ללא חדשנות נרחבת, זה לעולם לא היה טס".
בזמן הפיתוח שלה, BepiColombo הייתה אמורה להתמודד עם סביבה קשה יותר מכל משימת ESA בעבר.
לא רק שאור השמש סביב מרקורי אינטנסיבי בערך פי 10 מאשר ליד כדור הארץ, פני השטח החרוכים של כוכב הלכת גם מקרינים חום חזרה לחלל. כתוצאה מכך, MPO יצטרך לסבול טמפרטורות של עד 450°C (~840°F), חם מספיק כדי להמיס עופרת.
חומרים המשמשים במשימות חלל סטנדרטיות אינם מסוגלים לעמוד בטמפרטורות כה גבוהות. לדוגמה, מערכים סולאריים סטנדרטיים מתחילים להתפרק ב-140°C (284°F). המהנדסים נאלצו אפוא למצוא חומרים חדשים לחלוטין לתפקיד. פולימר מחוזק בסיבי פחמן אפשר למתוח את הטמפרטורה הניתנת לעבודה של הפאנלים הסולאריים למעל 200 מעלות צלזיוס (392 מעלות פרנהייט), אך עדיין יש להטות את המערכים עד 70 מעלות כדי להפחית את החשיפה לשמש.
טכנולוגיית פאנלים סולאריים הייתה אחת הבעיות של יצירת או שבירה של המשימה, וכשלונות בפיתוח שלה הביאו את הפרויקט בשלב מסוים לסף ביטול.
ה-MPO מצוידת גם במערכת מורכבת של צינורות קירור המעבירים חום מתוך החללית לרדיאטורים המחוברים לצד המוצל שלה. רדיאטורים אלו, יחד עם עשרות שכבות של בידוד חלל, שומרים על פנים ה-MPO בטמפרטורת החדר, מה שחשוב למכשירים הרגישים של החללית. שמיכות הבידוד, המורכבות מטיטניום, אלומיניום ובד קרמי, מסתכמות עד 94 ק"ג (207 פאונד) למסה של החללית.
לא רק BepiColombo יתמודד עם חום קיצוני, אלא שבצד הלילה של מרקורי הטמפרטורות יכולות לרדת עד ל-180°C (356°F), מה שמכניס את החומרים ללחץ נוסף.
במהלך הפיתוח, ESA נאלצה לבצע שינויים במתקני הבדיקה שלה במרכז האירופי לחקר וטכנולוגיה בחלל (ESTEC) בהולנד, כדי להתאים למשימה המאתגרת.